PHYSIOPATHOLOGIE DE L HYPERSENSIBILITÉ RETARDÉE DE CONTACT RÔLE DU STRESS PSYCHOLOGIQUE

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1 MINISTERE DE LA JEUNESSE, DE L'ÉDUCATION NATIONALE, DE LA RECHERCHE ET DE LA TECHNOLOGIE ECOLE PRATIQUE DES HAUTES ETUDES Science de la Vie et de la Terre MEMOIRE Présenté par Cyril CHAVAGNAC Pour l'obtention du diplôme de l'ecole Pratique des Hautes Etudes PHYSIOPATHOLOGIE DE L HYPERSENSIBILITÉ RETARDÉE DE CONTACT RÔLE DU STRESS PSYCHOLOGIQUE Soutenu le 26 Novembre 2003 devant le jury suivant : Président : Pr Jean-Marie Exbrayat Rapporteur : Pr Geneviève Cordier Examinateur : Pr Jean-François Nicolas Examinateur : Dr Serge Lebecque Laboratoire EPHE Cordier Interactions cellulaires, rétrovirus et cancer 50, Av. Tony Garnier LYON cedex 07 Laboratoire d accueil : INSERM U503 Lotteau Laboratoire d immunobiologie Directeur : Pr Geneviève Directeur : Dr Vincent Responsable : Pr Jean- EPHE Banque de Monographies SVT 1

2 nicolas@cervi- François Nicolas fondamentale et clinique lyon.inserm.fr 21, Av. Tony Garnier LYON cedex 07 Ecole Pratique des Hautes Etudes - Sciences de la Vie et de la Terre Résumé Physiopathologie de l Hypersensibilité Retardée de Contact Rôle du stress psychologique Chavagnac Cyril Dans une première partie de notre travail, nous nous sommes intéressés à la physiopathologie de la dermatite de contact (DAC). La DAC est une réaction d hypersensibilité de type IV qui se développe suite à un deuxième contact avec un haptène chez des individus préalablement sensibilisés. Dans la DAC classique, la réponse inflammatoire nécessite deux applications d haptène qui correspondent à deux phases : une première phase de sensibilisation asymptomatique, puis une deuxième phase de révélation, au cours de laquelle les populations T spécifiques d haptène sont recrutées au site de révélation. De façon intéressante, des individus non sensibilisés peuvent développer une réaction de DAC primaire, après un contact unique avec un haptène, qui donne lieu à une réaction inflammatoire présentant toutes les caractéristiques d une DAC classique. Au cours de notre travail, nous avons développé un modèle murin de DAC primaire et étudié la physiopathologie de cette réaction et les similitudes avec la réaction de DAC classique. Nous avons montré qu une application unique d une dose non-irritante d haptène (dinitrofluorobenzène, DNFB et isothiocyanate de fluorescéine, FITC), est suffisante pour induire une réaction de DAC primaire au site de contact avec l haptène, et ne nécessite pas de seconde application. Comme dans la réaction de DAC classique, les cellules effectrices sont des lymphocytes T CD8 + spécifiques d haptène producteurs d IFN-g, et les cellules régulatrices, des lymphocytes T CD4 +. Dans notre modèle de DAC primaire, l utilisation de FITC, un haptène fluorescent, a permis de démontrer que celui-ci était encore présent sur la peau 14 jours après son application. Les résultats obtenus suggèrent que le développement d une réaction de DAC primaire est associé à la persistance de l haptène dans la peau, ce qui permet le recrutement de lymphocytes T CD8 + au site de l application unique de l haptène. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés au rôle du stress sur le développement d une réaction de DAC classique. Le stress psychologique affecte la EPHE Banque de Monographies SVT 2

3 physiopathologie de nombreuses maladies infectieuses, inflammatoires et autoimmunes. Cependant, les mécanismes par lesquels le stress module les réponses immunitaires in vivo sont peu connus. Afin d étudier ces mécanismes, nous avons utilisé un modèle de DAC classique. Au cours de notre travail, nous avons montré que l application d un stress avant la sensibilisation conduit à une augmentation des réactions d HSRC. Cet effet du stress psychologique passe par l augmentation de la migration, vers les ganglions drainants, des cellules dendritiques (DC) ayant captées l haptène au niveau de la peau. Ceci aboutit à l augmentation de l activation lymphocytaire T CD8 + dans les ganglions, ainsi qu à l augmentation du recrutement de cellules T CD8 + effectrices de la réaction d HSRC, au site de la deuxième application de l haptène. Comme nous l avons démontré grâce à des expériences d HSRC et de migration de DC, suite à une déplétion sélective de la noradrénaline ou à l administration d antagoniste des glucocorticoïdes, l effet adjuvant observé in vivo sur la population de DC semble mettre en cause la noradrénaline, et non les glucocorticoïdes. Les résultats obtenus suggèrent que le relargage de noradrénaline, en périphérie, par les terminaisons nerveuses sympathiques joue un rôle adjuvant sur la migration des DC jusqu aux ganglions lymphatiques, d où une augmentation de l activation lymphocytaire T CD8 + dans le ganglion. Mots-clés : peau, hypersensibilité de contact, persistance de l haptène, lymphocytes T CD8 +, stress psychologique, HSRC, DC, migration, noradrénaline. Tables des matières Abréviations Introduction p 5 p 8 CHAPITRE I : RAPPELS BIBLIOGRAPHIQUES p 12 L hypersensibilité retardée de contact aux haptènes p Les haptènes p Propriétés physico-chimiques des haptènes p 13 EPHE Banque de Monographies SVT 3

4 1.2. Potentiel de sensibilisation p La phase de sensibilisation p Les cellules dendritiques p Distribution des cellules dendritiques p Les DC épithéliales ou cellules de Langerhans p Les autres localisations des DC p Propriétés des cellules dendritiques p Capture et dégradation de l'antigène p Phagocytose p Macropinocytose p Endocytose via des récepteurs membranaires p Apprêtement des antigènes p Voie de présentation des molécules du CMH de classe I p Voie de présentation des molécules du CMH de classe II p Migration et maturation des cellules dendritiques p Migration des DC de la peau jusqu aux ganglions drainant le site d application de l haptène p Maturation des DC p Activation des LT p Interaction TCR / complexe CMH-peptide EPHE Banque de Monographies SVT 4

5 p Ies molécules de co-stimulation p La synapse immunologique et le dialogue LT-DC p Constitution des populations T CD4 et CD8 spécifiques d haptène p Migration à la périphérie des lymphocytes activés p La phase de révélation p Recrutement des lymphocytes T spécifiques au site d application de l haptène p Rôle effecteur des lymphocytes Tc1 et Th1 dans la phase de révélation p Identification des populations effectrices chez l homme p Identification des populations effectrices chez la souris p Activité cytotoxique et production d IFN-g p Régulation de l inflammation p Rôle des lymphocytes T CD4 régulateurs p Les autres cellules régulatrices p 44 Le stress psychologique p Le système nerveux autonome et l axe hypothalamohypophysaire p Le système limbique p L hypothalamus p L hypophyse antérieure p Fonctions cibles p Généralités EPHE Banque de Monographies SVT 5

6 p Action sur le métabolisme glucidique p Action sur le métabolisme protidique p Action sur le métabolisme lipidique p Action anti-inflammatoire et immunitaire p Le système nerveux sympathique p Conséquences cliniques p 52 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES p 53 Abréviations AA : acides aminés Ac : anticorps Ag : antigène ADN : acide désoxyribonucléique ARN : acide ribonucléique BCR : B cell Receptor BSA : albumine sérique bovine BM-DC : bone marrow derived dendritic cells (cellules dendritiques dérivés de la moelle osseuse) CCL : chimiokine, ligand du récpeteur CCR : récepteur de chimiokine CD : cluster de différenciation CFSE : carboxyfluorescein succinimidyl ester CL : cellules de Langerhans CLIP : Class II associated Invariant chain Peptide CPAg : cellule présentatrice de l'antigène cpm : coup par minute CMH : complexe majeur d'histocompatibilité EPHE Banque de Monographies SVT 6

7 CTAC : cutaneous T cell atrracting chemokine CTLA : cutaneous T lymphocyte antigen DAC : dermite allergique de contact DC : cellules dendritiques DC-SIGN : Dendritic cell-specific intercellular adhesion molecule-3-grabbing nonintegrin DNBS : dinitrobenzene sulfonic acid DNFB : dinitrofluorobenzène DNCB : dinitrochloro-benzène DO : densité optique EC : eczéma de contact EDTA : acide tétra-acétique éthylene-diamine ELISA : enzyme linked immuno-sorbent assay ELISPOT : enzyme linked immuno-spot assay FcR : Récepteur aux fragments constants des immunglobulines FITC : isothiocyanate de fluorescéine GCDC : cellules dendritiques des centres germinatifs GM-CSF : granulocyte macrophage-colony stimulating factor HPRT : hypoxanthine phosphorybosyl transferase HSRC : hypersensibilité retardée de contact ICAM : intracellular adhesion molecule IDC : cellules dendritiques interdigitées IFN : interféron Ig : immunoglobuline IL : interleukine IP : IFN-g inducible protein i.p. : intra-péritonéale ITAM : immunoreceptor tyrosine based activation motif LFA : Lymphocyte function associated antigen LPS : lipo-polysaccharide LT : lymphocyte T LTc : lymphocyte T cytotoxique LTh : lymphocytes T auxilliaires (helper) Mig : monokine induced by IFN-g MIP : macrophage inflammatory protein MMP : métallo-protéase de la matrice PBS : phosphate buffer saline PLC : phospholipase C PPD : paraphénylène diamine RANK/TRANCE : receptor activator of NF-kB / tumor necrosis factor-related EPHE Banque de Monographies SVT 7

8 activation-induced cytokine RANTES : regulated on activation, normal T cell expressed and secreted RE : réticulum endoplasmique RFc : récepteur du fragment constant des immunoglobulines s.c. : sous-cutanée SLC : secondary lymphoïd tissue chemokine SMAC : supramolecular activation cluster TAP : transporters associated with antigen processing TARC : thymus and activation regulated chemokine TCR : récepteur des cellules T TGF : tumor growth factor TNBS : trinitrobenzen-sulfonic acid TNF : tumor necrosis factor VCAM : vascular cell adhesion molecule VLA : very late antigen ZAP : zeta-chain TCR associated proteine kinase Introduction La peau est un organe protecteur constituant une première barrière mécanique de l'organisme contre le milieu extérieur. Elle subit de nombreuses agressions, qu'elles soient d'ordre physique ou chimique, et le contact de certaines substances peut entraîner une stimulation du système immunitaire. Chez l'homme, l'hypersensibilité retardée de contact (HSRC), encore appelée eczéma allergique de contact (EC), est une réaction inflammatoire aiguë de la peau survenant 24 à 48 heures après le second contact avec l'haptène chez un individu préalablement sensibilisé. C'est une hypersensibilité retardée spécifique d'haptène (molécule immunogène de faible poids moléculaire) due à des lymphocytes T (LT) spécifiques, à laquelle on peut opposer les hypersensibilités de type immédiat mettant en jeu la population lymphocytaire B et dues à des immunoglobulines (Ig) de type E. Dans les pays industrialisés, l'ec est un problème de santé publique puisque EPHE Banque de Monographies SVT 8

9 cette maladie touche 5% de la population et représente 20% des maladies professionnelles. Chaque année, la mise sur le marché d'un nombre important de nouvelles molécules augmente les possibilités de contact avec des substances potentiellement allergisantes. Les sources et les structures des haptènes à l'origine du développement de cette pathologie sont très variables, mais sont essentiellement des composés chimiques non protéiques. Bien que les haptènes puissent être des composés naturels (présents par exemple dans certaines plantes), ce sont principalement des composés provenant de l'industrie, tels les caoutchoucs, les colorants, les peintures mais également les parfums (constitués d'un mélange de plusieurs centaines de composés différents) ou encore les produits cosmétiques. Il est à noter que certains médicaments (pénicillines) ou des sels métalliques (comme le nickel ou le chrome) peuvent également conduire à une HSR spécifique d'haptène. Les haptènes en soient ne sont pas immunogènes mais ont la propriété d interagir avec certains acides aminés des protéines et de devenir ainsi immunogènes. Le complexe protéine-haptène peut alors être apprêté par les cellules présentatrices de l'antigène (CPAg) pour former des complexes antigéniques haptène/protéine qui seront réexprimés à la surface de ces CPAg en association avec des molécules du complexe majeur d'histocompatibilité (CMH) de classe I ou de classe II ; ceci permet la sélection puis l'activation de LT spécifiques du complexe protéine hapténisée / molécule du CMH. Ces lymphocytes seront responsables, lors de contacts cutanés ultérieurs, avec le même composé, du déclenchement d'une réaction inflammatoire cutanée spécifique d'haptène. L HSRC nécessite deux phases : une première phase de sensibilisation, asymptomatique, qui correspond au premier contact avec l haptène. Au cours de celle-ci, les clones T spécifiques de l haptène vont être activés. Lors du deuxième contact avec l haptène ou phase de révélation, il se développe une inflammation spécifique de l haptène au site de contact. Les mécanismes physiopathologiques à l'origine de l'inflammation impliquent deux partenaires indispensables : la cellule de Langerhans (CL), localisée dans l épiderme, et qui, suite à la capture de la protéine EPHE Banque de Monographies SVT 9

10 hapténisée, la présente à sa surface associée aux molécules du CMH de classe I ou de classe II, aux LT présents dans les ganglions ; et les LT qui exercent leur fonction de reconnaissance spécifique via leur récepteur T (TCR), capable d'interagir avec le complexe protéine hapténisée / CMH. La CL va présenter la protéine haptènisée, associée aux molécules du CMH de classe I et de classe II, aux LT CD8 + et CD4 +, respectivement. La CL joue un rôle essentiel dans l'initiation de la réaction inflammatoire puisqu une souris déplétée en CL est incapable d être sensibilisée à un haptène (Toews et al, 1980 ; Lynch et al, 1981). De plus, il est possible de sensibiliser une souris naïve par injection de cellules épidermiques totales hapténisées in vitro, cette sensibilisation n'étant plus effective suite à une déplétion de la suspension cellulaire totale en CL (Ptak et al 1980 ; Tamaki et al 1981). Le rôle des LT est également crucial puisque l'activation faisant suite à l'engagement de leur TCR (T cell receptor) est à l'origine des mécanismes inflammatoires engendrant la réaction cutanée. Les deux sous-populations lymphocytaires T, CD4 + et CD8 + se partagent des rôles très différents au sein de l'inflammation. L'utilisation au laboratoire de souris invalidées pour les gènes codant les molécules du CMH de classe I ou de classe II dans un modèle murin d'hsrc au dinitrofluorobenzène (DNFB, un haptène "fort" capable de sensibiliser plus de 90% des individus) a permis de progresser dans la compréhension de la physiopathologie de l'hsrc. L'absence de ces molécules de présentation entraîne la perte de la sélection positive des LT dans le thymus ; les souris déficientes en molécules de classe I ou de classe II seront respectivement dépourvues de LT CD8 + ou de LT CD4 +. Les résultats obtenus ont clairement montré le rôle effecteur des LT CD8 + dans la réaction d'hsrc, puisque la réponse inflammatoire est totalement abolie chez les souris déficientes en molécules du CMH de classe I (Bour et al., 1995). En revanche cette réaction se voit augmentée et prolongée dans le temps chez les souris déficientes en molécules du CMH de classe II, ce qui démontre que les LT CD4 + sont impliqués dans la régulation de ce phénomène inflammatoire (Bour et al., 1995). EPHE Banque de Monographies SVT 10

11 Ces résultats ont été confirmés par des études sur des souris déplétées in vivo en LT CD8 + ou LT CD4 +. La première partie de ce travail a été consacrée à l étude de la physiopathologie de la dermatite allergique de contact primaire. Les réactions d hypersensibilité retardée de contact (HSRC) ou dermatite allergique de contact classique (DAC classique) nécessitent classiquement deux phases distinctes sur le plan temporaire et spatial : une première phase de sensibilisation, puis une seconde phase dite de révélation. Cependant, certains individus non sensibilisés peuvent développer une dermatite allergique de contact primaire (DAC primaire) suite au premier contact avec un haptène, conduisant à une inflammation cutanée présentant les caractéristiques d une DAC classique. Ce type de réaction a été décrit auparavant sous le terme de réponse immune primaire aux antigènes cutanés (Williams et al., 1994). Afin d étudier la physiopathologie de cette réaction primaire, nous avons développé au laboratoire un modèle murin de DAC primaire et nous avons étudié en parallèle les différentes phases nécessaires à la mise en place de ces deux types de réactions cutanées que sont les DAC classique et primaire. Dans une deuxième partie, nous nous sommes intéressés au rôle du stress dans les réactions d HSRC. De nombreuses maladies auto-immunes, infectieuses et inflammatoires voient leur physiopathologie modifiée lorsqu un individu subit un stress psychologique. Cependant, les mécanismes par lesquels le stress module les réponses immunes in vivo restent encore mal connus. Lors d un stress psychologique, le système nerveux central reçoit des signaux activateurs qui vont entraîner d une part, la sécrétion via l axe hypothalamo-hypophysaire d hormones stéroïdes comme la corticostérone, et d autre part l activation du système nerveux sympathique conduisant au relargage par les terminaisons nerveuses, au niveau des tissus, de neurotransmetteurs : des catécholamines et plus particulièrement la noradrénaline. De nombreuses études présentent des résultats contradictoires sur les effets d un stress EPHE Banque de Monographies SVT 11

12 psychologique sur les réponses immunes, ceci étant lié à la diversité des protocoles expérimentaux utilisés. Récemment, Dhabhar et al. ont suggéré que l effet d un stress sur les réactions inflammatoires spécifiques d haptène serait directement lié à la durée de ce stress. Un stress chronique aurait un effet suppresseur sur l immunité et notamment sur les réactions d HSRC par la production de fortes doses de corticostérone, alors qu un stress aigü serait responsable d une augmentation des réactions d HSRC via la production de corticostérone (à faibles doses) et de noradrénaline (Dhabhar et al., 2003). Nous avons étudié, dans un modèle d HSRC chez la souris, l effet d un stress aigü sur les réactions inflammatoires spécifiques d haptène. L hypersensibilité retardée de contact aux haptènes (HSRC) L HSRC est une réaction inflammatoire cutanée spécifique d'haptène. Elle correspond à une maladie humaine fréquente : la dermatite allergique de contact. Cette hypersensibilité retardée à médiation cellulaire (hypersensibilité de type IV) dépend de l'activation de LT, contrairement à l'hypersensibilité immédiate (hypersensibilité type I) qui fait appel aux lymphocytes B et aux IgE. Certaines molécules peuvent pénétrer à travers la peau et induire une réaction immunitaire qui va permettre la mise en place de l'hsrc. Ces molécules ou haptènes sont des molécules de faible poids moléculaire capables d'interagir avec des protéines dites porteuses. Ces complexes haptène-protéine sont alors pris en charge par les cellules dendritiques épidermiques (cellules de Langerhans) qui vont assurer l'apprêtement de ces complexes sur des molécules du CMH de classe I et de classe II présentes à leur surface. Ces cellules seront alors capables d'induire la sélection et EPHE Banque de Monographies SVT 12

13 l'expansion de clones lymphocytaires spécifiques de l'haptène et responsables de la réaction inflammatoire. 1. Les haptènes Les haptènes se caractérisent à la fois par leur faible poids moléculaire et par leur capacité à se fixer aux macromolécules biologiques que sont les protéines, propriété leur permettant de devenir immunogènes. Les haptènes ont des structures et des origines très diverses : origine végétale (urushiol ou poison ivy), synthétique (résines, colorants, conservateurs, parfums), métallique (nickel, chrome, or), haptènes médicamenteux (pénicillines). 1.1 Propriétés physico-chimiques des haptènes Les haptènes ont pour la plupart des propriétés lipophiles qui leur permettent de traverser la couche cornée. Ils possèdent également des propriétés électrophiles permettant l'établissement de liaisons covalentes ou non avec les groupements nucléophiles de la protéine porteuse (Benezra 1987 ; Lepoittevin et Benezra 1991). Un haptène est défini par l'acide aminé avec lequel il interagit. Par exemple, les dérivés dinitrohalogénés tels le dinitrochlorobenzène (DNCB) ou le DNFB se fixent de façon covalente (donc stable et irréversible) aux groupements lysine, alors que le nickel interagit de façon non covalente avec les histidines. Les haptènes dérivent souvent de composés chimiques instables, qui doivent par conséquent subir une étape de métabolisation in vivo dans l'épiderme. C'est par exemple le cas de l'urushiol (ou poison ivy) (Dupuis, 1979), de la paraphénylène diamine (PPD) (Krasteva et al., 1993), ou encore des sels métalliques. Les sels métalliques forment également des complexes avec des protéines cutanées, non pas grâce à des liaisons covalentes mais des liaisons faibles. Ils peuvent aussi subir des modifications complexes ; c est le cas notamment des sels de chrome hexavalents qui sont transformés dans l'épiderme en chrome trivalent, forme hautement réactive se liant aux protéines cutanées (Saloga et al., 1988). Les sels de EPHE Banque de Monographies SVT 13

14 nickel possèdent quant à eux une propriété particulière ; en effet, l'épiderme se comporte comme un réservoir et une arrivée de nickel supplémentaire entraîne la libération d'une fraction du nickel épidermique qui pourra alors former des complexes avec les protéines cutanées (Fullerton et Hoelgaard, 1988) Potentiel de sensibilisation On distingue plusieurs types d'haptènes en fonction de leur potentiel de sensibilisation. Certains haptènes tels le DNFB ou encore l'oxazolone sont des haptènes dits "forts", c'est-à-dire capables de sensibiliser plus de 90% des individus. Ces haptènes peuvent être utilisés dans le cadre de tests visant à évaluer l'immunité cellulaire. Les autres haptènes, dits "modérés", et a fortiori les haptènes dits "faibles", ne vont sensibiliser qu'une faible partie de la population, ce pourcentage de sensibilisation pouvant varier de 5% dans le cas des métaux à des pourcentages beaucoup plus faibles (de l'ordre de 0,01%) pour la PPD ou l'eugénol. La ou les protéines ainsi modifiées sont apprêtées par les CPAg pour former des peptides antigéniques qui seront réexprimés à la surface de la cellule en association avec les molécules du CMH de classe I ou de classe II (Kalish et al., 1994). Ces peptides hapténisés permettront la sélection et l'activation des LT portant un récepteur spécifique (Lepoittevin et Leblond, 1997). 2. La phase de sensibilisation 2.1. Les DC Initialement identifiées dans la peau en 1868 (Langerhans, 1868), les cellules dendritiques (DC) ont été décrites dans d'autres tissus comme élément critique de la réponse immunitaire (Steinman et Cohn, 1973). Elles constituent une famille hétérogène, dont la principale caractéristique est la capacité à présenter les antigènes aux populations lymphocytaires T et B effectrices de l'immunité. Elles expriment toutes des taux élevés de molécules du CMH de classe II et des protéines membres de la famille de costimuation B7. Les cellules dendritiques sont impliquées à la fois dans EPHE Banque de Monographies SVT 14

15 l'initiation de la réponse immunitaire mais également dans les phénomènes de tolérance. Elles sont issues de précurseurs hématopoïétiques médullaires et sont présentes, à l'état immature, dans la quasi-totalité des organes et plus particulièrement aux interfaces avec le milieu extérieur (peau, muqueuse), où elles exercent leur rôle de sentinelle vis-à-vis des antigènes extérieurs, qu'ils soient pathogènes ou non (Banchereau et Steinman, 1998 ; Steinman, 1991). À l'état immature, les DC possèdent des capacités très importantes de capture et de traitement des antigènes. Grâce à de longues extensions cytoplasmiques (dendrites), elles vont constituer un véritable réseau permettant la capture des antigènes. Suite à certains signaux, elles vont migrer jusqu'aux ganglions drainants où elles vont rentrer en contact avec des LT naïfs. Cette migration, au cours de laquelle les DC acquièrent un phénotype mature, va également s'accompagner d'une réorientation de leur fonction : perte de la capacité de capture au profit de la capacité de présentation de l'antigène. Les DC sont présentes dans de nombreux organes mais dans de faibles proportions, ce qui a longtemps constitué un frein à leur étude. Le développement des techniques de différenciation in vitro et d'amplification (Caux et al., 1992 ; Inaba et al., 1992 ; Romani et al., 1989 ; Sallusto et Lanzavecchia, 1994) ont permis de mieux comprendre l'étendue de leur fonction et de constater que les DC constituent une famille morphologiquement et fonctionnellement hétérogène Distribution des DC Les DC épithéliales ou cellules de Langerhans Les CL ont été identifiées dans la peau humaine au niveau des couches basales et supra-basales de l'épiderme où elles forment un réseau (Birbeck et al, 1961). Elles constituent 2 à 4% de la population épidermique et sont les seules cellules épidermiques à exprimer les molécules du CMH de classe II. Les CL ont également été décrites dans d'autres épithélia stratifiés comme les muqueuses buccale, œsophagienne et pulmonaire (De Fraissinette et al, 1989). Elles présentent un noyau plurilobé et sont caractérisées par la présence de structures particulières formées à EPHE Banque de Monographies SVT 15

16 partir d'invaginations de la membrane cytoplasmique, les granules de Birbeck (GB), dont l'origine et la fonction ne sont toujours pas clairement déterminées (Birbeck et al., 1961 ; Sagebiel et Reed, 1968). Les CL ont longtemps été caractérisées par la présence de ces GB ainsi que par la forte expression des molécules CD1a, CD1c et CD11c chez l homme, et des molécules DEC-205 et CD11c chez la souris. La langerine, une lectine spécifique de type II calcium-dépendante, a été récemment identifiée à la surface des CL. Exprimé uniquement par les CL, ce récepteur mannose est constitutivement associé aux GB (Valladeau et al., 2000). Chez l homme, les CL expriment également une molécule liée à leur localisation cutanée, le CLA (cutaneous lymhocyte associated-antigen) (Koszik et al., 1994). De nombreuses études ont permis de montrer le rôle essentiel des CL dans le développement d une réaction d HSRC. L injection d une suspension de cellules épidermiques totales ou de CL purifiées hapténisées induit une sensibilisation, alors que l injection d une suspension de cellules épidermiques déplétées en CL en est incapable (Ptak et al., 1980 ; Tamaki et al., 1981). De plus, il est impossible de sensibiliser des animaux sur des sites cutanés dépourvus de CL, telle que la queue (Lynch et al., 1981) Les autres localisations des DC Les DC interstitielles Les DC interstitielles ont été initialement caractérisées dans le cœur et le foie à l'aide d'anticorps monoclonaux dirigés contre les molécules du CMH de classe II ou la molécule CD45 (Austyn et al.,1994) ; puis elles ont été successivement identifiées dans la plupart des organes et des tissus (rein, pancréas, vessie, thyroïde, tube digestif, peau). Elles se différencient des CL par l'absence de granules de Birbeck et d'expression de CD1a. Ces cellules sont localisées dans les zones extra-vasculaires et possèdent de longs prolongements cytoplasmiques pénétrants dans le tissu interstitiel Les DC circulantes Les DC du sang périphérique EPHE Banque de Monographies SVT 16

17 Ce type cellulaire représente moins de 0,1% des leucocytes humains. Ces cellules se distinguent des autres cellules lymphoïdes et myéloïdes par leur forte expression des molécules du CMH de classe II et l'absence de marqueur de lignée lymphocytaire T (CD3), B (CD19), monocytaire (CD14) et NK (CD56). Dans le sang, deux sous-populations ont pu être identifiées : une population CD11c + et une population CD11c -. La population CD11c - est fonctionnellement immature et nécessite la présence de facteurs exogènes pour sa maturation (O'Doherty et al., 1994). Cette population de DC dépourvues de marqueurs myéloïdes CD13 et CD33, pourrait correspondre aux DC humaines d'origine lymphoïde. La population CD11c + active efficacement les cellules T, et exprime le marqueur d activation CD45RO, contrairement à la population CD11c -. Cependant, ces cellules matures développent une morphologie caractéristique des DC et une forte expression des molécules du CMH de classe II, seulement après une période de culture en l absence de cytokines exogènes (O'Doherty et al., 1994). Cette population CD11c + pourrait correspondre aux DC provenant des tissus où elles ont été activées par un antigène et en voie de migration vers les ganglions lymphatiques. Les DC de la lymphe Ces DC sont appelées cellules voilées (Steinman, 1991), elles expriment la molécule CD1a, mais ne possèdent pas de granules de Birbeck (Brand et al., 1993). Elles sont localisées uniquement dans la lymphe afférente et pourraient correspondre aux DC des tissus (DC épithéliales et interstitielles) en voie de migration Les DC des organes lymphoïdes Les DC thymiques Ces cellules, issues de la moelle osseuse, se trouvent dans la medulla thymique. Elles expriment fortement les molécules du CMH de classe II (Barclay et Mayrhofer, 1981 ; Guillemot et al., 1984), et ont été essentiellement étudiées chez la souris. EPHE Banque de Monographies SVT 17

18 Dans ce modèle murin, les DC thymiques, provenant d'un progéniteur lymphoïde, expriment fortement l'homodimère CD8a (Vremec et al., 1992) et contribueraient à la délétion des thymocytes autoréactifs (Brocker et al., 1997). Les DC des organes lymphoïdes secondaires Les DC extra-folliculaires Les DC présentes dans les régions extra-folliculaires, riches en LT, d'organes lymphoïdes secondaires sont appelées cellules dendritiques interdigitées (IDC). Les DC des centres germinatifs (GCDC) Chez l homme, deux autres sous-populations de DC ont été identifiées dans les organes lymphoïdes secondaires (Grouard et al., 1996). Il s agit des GCDC qui coexpriment les molécules CD4 et CD11c et sont localisées aussi bien dans la zone claire que dans la zone sombre des follicules secondaires. La seconde population, de phénotype CD4 + CD11c -, a été mise en évidence dans les amygdales ; ces cellules sont présentes dans la zone riche en cellules T des organes lymphoïdes secondaires. Les caractéristiques des populations CD11c + ou CD11c - suggèrent qu elles pourraient correspondre aux populations décrites dans le sang. Les DC constituent une famille très hétérogène et la caractérisation d'une population de DC fait appel à la présence de plusieurs marqueurs dont la combinaison peut varier en fonction de la localisation, du stade de différenciation ou de l'origine de la cellule. Outre sa morphologie, ce qui semble le mieux caractériser une DC, reste sa capacité à capter les antigènes et à les présenter aux cellules effectrices de l'immunité Propriétés des DC Les DC peuvent présenter différents antigènes. Contrairement aux lymphocytes B dont le récepteur (BCR : B Cell Receptor) est une immunoglobuline de surface, les LT (si l'on exclut les lymphocytes gd) sont incapables de reconnaître un antigène sous forme native et entière. Le TCRab ne peut interagir avec un antigène EPHE Banque de Monographies SVT 18

19 uniquement si celui-ci est présenté par les molécules du CMH. Le passage d'une forme active de l'antigène à la forme présentée dépend des capacités de traitement de l'antigène par la CPAg. Cette propriété de traitement est une des caractéristiques des cellules présentatrices professionnelles qui sont capables d'exprimer à la fois les molécules du CMH de classe I et de classe II mais également des molécules de costimulation. Ces CPAg professionnelles sont constituées par les monocytes et les macrophages (Unanue et Allen, 1987), les cellules dendritiques (Steinman, 1991) et les lymphocytes B (Chesnut et Grey, 1981). Elles ont pour fonction la capture, la dégradation et l'apprêtement de l'antigène sur les molécules du CMH Capture de l antigène Les DC immatures possèdent une forte activité endocytique. Elles peuvent internaliser efficacement différents types d antigènes. La capture de ces antigènes peut se faire par trois mécanismes principaux : la phagocytose, la macropinocytose et l'endocytose via des récepteurs membranaires Phagocytose Les DC sont capables de phagocyter des particules de taille relativement importante telles que des billes de latex (Matsuno et al., 1996), des corps apoptotiques (Albert et al., 1998; Rubartelli et al., 1997), des virus (Barfoot et al., 1989), des bactéries (Reis-e-Sousa et al., 1993) et des parasites intracellulaires comme Leishmania major (Moll, 1993). La phagocytose de particules opsonisées peut être réalisée par les récepteurs du fragment constant des Ig (FcR) tels que le FcgRI, le FcgRIII ou le FcgRIIB (Amigorena et al., 1992; Anderson et al., 1990; Daëron et al., 1993). D'autres molécules tel que le récepteur de la vitronectine, avb3, sont impliquées dans la phagocytose des corps apoptotiques (Rubartelli et al., 1997) Macropinocytose La macropinocytose permet l'internalisation d'antigènes en phase aqueuse grâce à des repliements membranaires formant de larges vésicules (1 à 3 µm). Ce EPHE Banque de Monographies SVT 19

20 phénomène est une propriété intrinsèque des DC et permet d'internaliser de très grandes quantités de liquides extracellulaires (Sallusto, 1995). Ceci permet d'expliquer leur forte capacité à présenter des antigènes solubles (Sallusto et Lanzavecchia, 1994). Les DC sont également capables de micropinocytose. De petites invaginations de la membrane cellulaire, recouvertes de clathrines, permettent l'accès des antigènes fixés à des récepteurs membranaires ou en solution (Steinman et Swanson, 1995) Endocytose via des récepteurs membranaires Il s agit d un mode de capture plus sélectif et plus spécifique que ceux évoqués précédemment. Au stade immature, les DC de l épiderme et du derme expriment différents types de récepteurs participant à ce type d endocytose. Tout d abord, les récepteurs de type lectine comme le récepteur mannose chez l homme, la langerine ou DEC-205 chez la souris (Jiang et al., 1995), reconnaissent des structures polymorphes présentes à la surface des levures ou de certaines bactéries (Jiang et al., 1995 ; Valladeau et al., 2000). D autre part, les FcR vont participer à l endocytose d antigènes exogènes par internalisation de complexes Ig-antigène (Geissman et al., 2001 ; Maurer et al., 1998 ; Regnault et al., 1999). Chez l homme comme chez la souris, les DC du derme et de l épiderme expriment des récepteurs aux IgA (FcaRI), aux IgE (FceRI et FceRII), aux IgG (FcgRI, FcgRII, FcgRIII (uniquement chez la souris)). Les antigènes internalisés sous forme de complexes immuns peuvent ensuite gagner les voies de présentation par les molécules du CMH de classe I et de classe II (Regnault et al., 1999). Si la macropinocytose semble être le principal système de capture des protéines solubles injectées par voie intradermique au cours de l HSR classique (Sallusto et al., 1995), peu de données sont disponibles concernant les haptènes. Grâce à leurs propriétés physico-chimiques, les haptènes se lient aussi bien aux protéines solubles EPHE Banque de Monographies SVT 20

21 extracellulaires qu aux protéines membranaires, pour former des protéines modifiées. Les protéines modifiées peuvent être capturées soit par phagocytose de la cellule exprimant ces protéines à sa surface, soit par macropinocytose des protéines solubles hapténisées présentes dans le milieu extracellulaire. De plus, les propriétés de liposolubilité de certains haptènes leur permettent de franchir la bicouche lipidique des cellules, et de se lier à des protéines endogènes du cytosol (Dupuis, 1982) Apprêtement des antigènes De manière générale, les antigènes endogènes, c'est-à-dire les antigènes de la cellule (self-antigen) et les antigènes provenant de pathogènes présents dans le cytosol (comme les protéines virales), sont présentés aux LT CD8 + en association avec des molécules du CMH de classe I ; alors que les antigènes exogènes ou extracellulaires (comme les protéines bactériennes) sont présentés aux LT CD4 + en association avec des molécules du CMH de classe II. Cependant plusieurs études montrent que ce modèle n'est pas absolu, notamment pour les cellules dendritiques. Des peptides dérivés de protéines exogènes peuvent être présentés en association avec des molécules du CMH de classe I (Bevan, 1995; Jondal et al., 1996; Rock et Clark, 1996) Voie de présentation par les molécules du CMH de classe I Les molécules du CMH de classe I (HLA-A, B, C chez l homme et H2-K, D, L chez la souris) sont exprimées de façon ubiquitaire à la membrane des cellules nucléées de l organisme. Les antigènes endogènes présents dans le cytosol, parmi lesquels les protéines cytosoliques hapténisées, sont dégradés en peptides par un complexe enzymatique : le protéasome. La molécule du CMH de classe I est formée par l association non covalente d une chaîne légère non polymorphe de 12kDa, la b2-microglobuline (b2-m) et EPHE Banque de Monographies SVT 21

22 d une chaîne lourde a polymorphique de 45 kda. La chaîne a est constituée de trois domaines extracellulaires (a1, a2, a3), d une région transmembranaire et d une région cytoplasmique. La structure tridimensionnelle de la molécule fait apparaître une cavité entre les domaines a1 et a2 dont le fond est un feuillet b plissé et les bords des hélices a. C est dans cette zone que se situent les résidus polymorphiques qui vont interagir avec les peptides des molécules antigéniques. Les deux chaînes sont associées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) rugueux grâce à une protéine chaperon : la calnexine. Une seconde protéine chaperon, la calréticuline, permet l association du dimère de la chaîne avec la tapasine qui assure l association de la molécule de classe I avec le complexe TAP1/2 (transporters associated with antigen processing). Ce transporteur permet la translocation active et sélective, au travers de la membrane du RE, de peptides de 7 à 13 acides aminés (AA) issus de la dégradation protéique au niveau du protéasome (Momburg et al., 1994). C est la fixation du peptide qui permet au complexe trimoléculaire peptide / chaîne lourde / b2-m de migrer dans le Golgi où la chaîne lourde est glycosylée, puis, après formation d une vésicule de sécrétion, vers la surface de la cellule. Certains haptènes traversent la membrane plasmique ce qui leur permet de se lier aux protéines endogènes et d être présentés par les molécules du CMH de classe I sous forme de peptides endogènes hapténisés. D autres haptènes se complexeraient directement aux peptides endogènes présentés par les molécules du CMH de classe I à la membrane plasmique Voie de présentation par les molécules du CMH de classe II Les molécules du CMH de classe II (HLA-DP, DQ, DR chez l homme et H2- IA et IE chez la souris) sont exprimées constitutivement par les CPAg spécialisées, et inductibles sur d autres types cellulaires. EPHE Banque de Monographies SVT 22

23 La molécule du CMH de classe II est formée de deux chaînes polypeptidiques a et b comportant chacune deux domaines extramembranaires. Leur organisation tridimensionnelle est semblable à celle des molécules du CMH de classe I, cependant la cavité peptidique (formée par les domaines a1 et b1) est plus ouverte à ses extrémités que celle des molécules de classe I. Comme dans le cas des molécules du CMH de classe I, les parties extracellulaires de deux chaînes polypeptidiques a et ß forment une cavité à peptides capable de recevoir des fragments peptidiques d une taille allant de 13 à 34 AA (Brown et al., 1993). Les peptides présentés par les molécules du CMH de classe II sont généralement des protéines exogènes (peptides bactériens par exemple) endocytées par la cellule puis dégradées par protéolyse acide dans des compartiments successifs. Lorsque la molécule du CMH de classe II est synthétisée au niveau du RE, elle s associe à une autre protéine, la chaîne invariante (Ii) Cette dernière entre en interaction avec la cavité de liaison au peptide, empêchant tous les peptides dérivés des protéines endogènes de se lier à la cavité tant que la molécule du CMH de classe II est dans le RE. Elle semble également être impliquée dans le repliement des chaînes a et b de classe II, dans leur sortie du RE et dans l acheminement ultérieur des molécules du CMH de classe II vers la voie d apprêtement endocytaire à partir de l appareil de Golgi. Les chaînes a et b sont glycosylées dans l appareil de Golgi, puis transportées dans les endosomes ou les lysosomes. Dans ces compartiments, la chaîne invariante est progressivement dégradée (l activité protéolytique augmente dans chaque compartiment successif). Cependant un court fragment de la chaîne invariante, appelé CLIP pour Class II-associated Invariant chain Peptide, continue de bloquer la cavité de liaison au peptide, empêchant toute liaison prématurée avec un autre peptide. La molécule HLA-DM ou son homologue murin H2-M permettent ensuite l échange EPHE Banque de Monographies SVT 23

24 entre le peptide CLIP et le peptide issu de la dégradation des protéines exogènes. Les complexes CMH de classe II peptide qui en résultent sont adressés vers la membrane plasmique. Le phénotype immature des DC est étroitement lié à leur capacité de capture et de traitement de l antigène. Les DC vont rester à ce stade immature jusqu à ce qu un stimulus induise des modifications environnementales et conduise à la maturation et à la migration des DC jusqu aux organes lymphoïdes secondaires où elles vont présenter les antigènes aux LT naïfs. Ces modifications environnementales ont été regroupées sous le terme générique de signal de danger. Dans le cadre de l HSRC, l application de l haptène constitue un signal de danger capable d induire la production d IL-1b et de TNF-a par les kératinocytes (Heufleur et al., 1992) et donc la maturation des DC et leur migration jusqu aux ganglions Migration et maturation des DC Les DC présentes dans les différents organes sont considérées comme présentant un phénotype immature. Elles émigrent probablement, via le sang, depuis la moelle osseuse pour coloniser les différents tissus. Le phénotype immature semble être lié aux capacités de capture et d apprêtement de l antigène. Ainsi, des CL isolées puis cultivées perdent rapidement leur capacité d apprêter les antigènes. Cette perte de la capacité de capture et de traitement de l antigène s accompagne de l acquisition de la capacité de stimuler les LT naïfs (Kampgen et al., 1991, Pure et al., 1990, Stossel et al., 1990). Le passage du stade immature au stade mature, est marqué par l augmentation de l expression membranaire de molécules du CMH de classe II. Migration et maturation semblent très étroitement liées. Des produits connus pour induire la migration des cellules induisent leur maturation. Des cytokines inflammatoires telles que l IL-1b ou le TNF-a ou encore des produits bactériens (LPS : lipo-polysaccharide) peuvent induire une maturation fonctionnelle in vitro et une migration vers les ganglions drainant in EPHE Banque de Monographies SVT 24

25 vivo. (Cumberbatch et Kimber, 1992 ; De Smedt et al., 1996 ; Roake et al., 1995 ; Sallusto et al., 1995 ; Sallusto et al., 1996). L internalisation de complexes immuns ou la présence de corps apoptotiques peuvent également initier la maturation des cellules dendritiques (Regnault et al., 1999 ; Rovere et al., 1998). Dans le cadre d une infection virale (virus à ARN négatif comme le virus de la grippe), la présence d ARN double brin, absent des cellules normales, va induire la maturation des cellules dendritiques Migration des DC de la peau jusqu aux ganglions drainant le site d application de l haptène La migration des CL cutanées vers les ganglions drainants constitue une étape indispensable à l établissement de la phase de sensibilisation. En effet, lorsque le drainage lymphatique est altéré, l HSRC ne peut se mettre en place. Lors de leur migration vers les ganglions lymphatiques, les CL vont interagir avec différents types cellulaires ainsi qu avec différentes protéines extracellulaires. Ce processus migratoire, qui nécessite une modulation de l expression des différentes molécules d adhésion présentes à la surface des CL, est coordonné par un panel de cytokines. Depuis quelques années, une sous-famille de cytokines, les chimiokines, a été décrite. Ces chimiokines possèdent des effets chimiotactiques sur les leucocytes (Premack et Schall, 1996) et sont notamment essentielles à la migration des CL (Allavena et al., 1999). Les premières heures suivant l application d un haptène sur la peau sont caractérisées par la production de nombreuses cytokines (granulocyte macrophagecolony stimulating factor :GM-CSF, interleukine-1a : IL-1a, Tumor Necrosis Factor a : TNF-a) par les kératinocytes (Heufler et al., 1992). L application de l haptène entraîne également la production d IL-1b, dont l ARNm est détectable 15 minutes après application (Enk et al., 1993). Parmi ces cytokines, le TNF-a produit par les kératinocytes et l IL-1b produit par les CL contribuent à la migration des CL (Cumberbatch et al., 1997 ; Kimber et al., 1995 ; Stoitzner et al., 1999). L interaction E-cadhérines/E-cadhérines permet l adhésion des CL aux kératinocytes de EPHE Banque de Monographies SVT 25

26 l épiderme. Cette adhésion est indispensable à la cohésion des CL dans l épiderme (Borkowski et al., 1994). La liaison de cytokines inflammatoires comme le TNF-a et de l IL-1b à leurs récepteurs respectifs (TNF-aRII et IL-1RI et RII) exprimés à la surface des CL va conduire à une diminution des niveaux d expression d ARNm de l E-cadhérine et donc de l expression à la surface des CL des E-cadhérines. Ceci permet une désolidarisation des CL d avec les kératinocytes (Jakob et Udey, 1998, Schwarzenberger et Udey, 1996, Wang et al., 1996, Wang et al., 1997). Cette diminution du taux de E-cadhérines dû à l IL-1b, au TNF-a mais également observé avec le LPS, va également induire une augmentation de l expression des molécules du CMH de classe II et des molécules CD40 et CD86 à la surface des CL. L IL-18, produite à la fois par le CL et les kératinocytes, semble également jouer un rôle dans la migration des CL via un mécanisme dépendant du TNF-a et de l IL-1b (Cumberbatch et al., 2001). Les molécules pro-inflammatoires que sont l IL-1b et le TNF-a vont inhiber l expression de CCR6 (CC chemokine receptor 6) à la surface des CL, ce qui conduit à une perte de sensibilité des CL à MIP-3a/CCL20 (macrophage inflammatory protein-3a), une chimiokine produite par les kératinocytes (Dieu et al., 1998). Afin de gagner le derme, les CL doivent franchir la membrane basale. Pour cela, les CL sécrètent une metalloprotéinase de la matrice (MMP-9), une collagénase qui dégrade le collagène de type IV et V (Kobayashi et al., 1997, Kobayashi, 1999). L inducteur de la sécrétion de MMP-9 par les CL n est actuellement pas connu et trois hypothèses sont avancées pour expliquer cette induction : l haptène lui-même, les cytokines inflammatoires produites par les kératinocytes, ou bien encore l interaction des CL avec la matrice extracellulaire. Au niveau du derme, les DC acquièrent une sensibilité aux chimiokines MIP- 3b/CCL19 et à SLC/CCL21 (secondary lymphoïd chemokine) grâce à l expression induite de CCR7 (Cyster, 1999, Dieu et al., 1998). La chimiokine SLC est produite par les cellules des veinules à endothélium épais ainsi que par les cellules stromales des zones T des ganglions lymphatiques (Ngo et al., 1999). Le rôle de cette chimiokine dans le développement de l HSRC est basée sur les observations de EPHE Banque de Monographies SVT 26

27 Engeman et al., démontrant une absence de réponse inflammatoire chez les souris injectées avec un anticorps anti-slc lors de la phase de sensibilisation et non lors du second contact (Engeman et al., 2000). La production de MIP-3b semble être majoritairement assurée par les DC résidentes de la zone paracorticale des ganglions (Gunn et al., 1999). Les gradients de chimiokines vont permettre aux DC de gagner la lymphe afférente, puis de se positionner au niveau de la zone paracorticale des ganglions drainant la zone d application de l haptène. Les LT naïfs présents dans le sang circulent en permanence au niveau de cette zone ganglionnaire. Ce processus de migration des CL vers les ganglions drainants est relativement rapide. En effet, les premières DC ayant captées l haptène au niveau de la peau se retrouvent dans le ganglion drainant douze heures après application de l haptène (Kripke et al., 1990) Maturation des DC Le terme de maturation recouvre un ensemble de modifications morphologiques, phénotypiques et fonctionnelles qui confèrent aux DC la capacité d activer efficacement les LT. La migration et la maturation des DC semblent très liées. Cependant certains travaux publiés récemment (Geissman et al., 2002) suggèrent que dans le cadre de réactions inflammatoires chroniques, les phénomènes de migration et de maturation peuvent être régulés de façon indépendante. Ces travaux sont encore controversés, puisqu il est largement admis que des facteurs induisant la migration des DC induisent également leur maturation. La présence dans l environnement cutané de TNF-a et d IL-1b conduit à une augmentation de l expression des molécules du CMH de classe II chargées en peptides antigéniques à la surface des DC suite à une augmentation simultanée de la synthèse, du transport à la membrane, mais également de la demi-vie des complexes CMH-peptides en EPHE Banque de Monographies SVT 27